Makromasteliu silicis yra trapi medžiaga, kuri negali būti lengvai lipdoma į norimą formą. Tačiau mokslininkai atskleidė, kad silicio trijų nanometrų gabalėlis gali būti lengvai tampomas. Silicis išsitempia iki dvidešimt kartų lyginant su pradiniu ilgiu ir nesubyra į mažesnes dalis.
Makromasteliu silicis yra trapi medžiaga, kuri negali būti lengvai lipdoma į norimą formą. Tačiau mokslininkai atskleidė, kad silicio trijų nanometrų gabalėlis gali būti lengvai tampomas. Silicis išsitempia iki dvidešimt kartų lyginant su pradiniu ilgiu ir nesubyra į mažesnes dalis. Jei mokslininkai galės pasinaudoti tokiu silicio plastiškumu, pasireiškiančiu nanomastelyje, jie potencialiai galės gauti bet kokios formos nanostruktūras, kurios reikalingos technologiniams taikymams.
Mokslininkai Tadaši Išida, dirbantis Tokijo universitete, kartu su bendraautoriais iš kitų Japonijos ir Prancūzijos institucijų atspausdino savo tyrimų rezultatus apie silicio plastiškumą nanomastelyje „Nanotechnology“ žurnale.
Nors mokslininkai numatė, kad makroskopiškai trapios medžiagos, tokios kaip silicis ir kitos kovalentinės medžiagos (kurių atomai sujungti vienas su kitu stipriomis kovalentinėmis jungtimis), turi pasižymėti plastiškumu nanomastelyje, tačiau nanodydžių savybių matavimas yra sudėtingas dalykas dėl techninių priežasčių. Viena iš pagrindinių tokio sudėtingumo priežasčių yra susijusi su būdų, kurie leistų saugiai įtvirtinti medžiagos galus, paieška bei savybių stebėjimu bandymo metu.
Siekdami apeiti šias problemas mokslininkai sukūrė naują metodą, kuriame panaudojo mikroelektromechaninę sistemą bei elektroninį peršvietimo mikroskopą. Turėdami tokią bazę jie galėjo manipuliuoti siliciu bei su mikroskopu stebėti manipuliavimo rezultatą realiu laiku.
Pradžioje jie eksperimentavo su cilindro formos silicio gabalu, kurio ilgis trys nanometrai bei diametras penkiasdešimt nanometrų. Silicis buvo patemptas tam tikru kvazistatiniu greičiu, kuris privertė jį pailgėti. Per trisdešimties minučių laikotarpį silicis pailgėjo nuo trijų nanometrų iki šešiasdešimt vieno nanometro. Diametras per tą laiką truputį sumažėjo. Eksperimentas buvo atliktas su septyniais bandiniais. Tempiama buvo tol, kol silicio „nanotilteliai“ (jungiamosios grandys) suskildavo.
„Lėtas tempimas suteikė pakankamai laiko silicio atomams difunduoti į silicio nanotiltelius. Palaipsniui amorfinė struktūra deformavosi, – pasakė Išida. – Superplastiškumas buvo iššauktas dėl apkrovos atsiradusia paviršiaus deformacija bei tarpgrūdeline amorfine deformacija, tame tarpe ir silicio nanogrūdelių.“
Pirmasis iš faktorių, lėmusių superplastiškumą – tai yra apkrovos iššaukta paviršiaus deformacija, kurią galima paaiškinti silicio atomų judėjimu medžiagos paviršiumi. Šis judėjimas, atsiradęs dėl mechaninio tempimo ir slėgio, padidino nanotiltelio ilgį. Antrasis faktorius – tai yra tarpgrūdelinė amorfinė deformacija, kuri gali būti įsivaizduojama kaip lėtas tarpgrūdelinės medžiagos silicyje slinkimas bei nanokristalų prisitaikymas prie šio slinkimo. Mokslininkų stebėjimai leidžia manyti, kad, kai nanotiltelio skersmuo pasidaro sulyginamas su vidutiniu nanokristalų dydžiu, tai nanotiltelis pasiekia savo kritinį takumo tašką ir nebegali daugiau ilgėti.
Manoma, kad tokia nanomatmenų silicio savybė pailgėti, kuri stebėta kambario temperatūroje, gali būti pritaikoma silicio pagrindu veikiančioje elektronikoje, nes silicis gali būti formuojamas į norimą pavidalą.
„Naudojant šį metodą jūs galite tiksliai pakeisti nanostruktūros paviršių bei padidinti jos veikimą, – pasakė Išida. – Šis metodas gali būti pritaikytas visiems mechaniniams, elektriniams ir optiniams įrenginiams, tokiems kaip nanomatmenų elektros laidams bei sandūroms, fotovoltiniams įrenginiams, o taip pat gerinant šių įrenginių veikimą.“
